viscoelasticità

viscoelasticità Proprietà di alcuni materiali (in particolare, materie plastiche) suscettibili di subire deformazioni di tipo elastico, associate a deformazioni di tipo viscoso.

fig. A

Le materie plastiche sono costituite da molecole a catena lunga attorcigliate fra loro in maniera casuale e sono caratterizzate da una struttura amorfa, del tutto differente dalla struttura reticolare cristallina dei materiali metallici. A causa di questa loro peculiare struttura, le materie plastiche presentano caratteristiche di deformazione che dipendono principalmente dalla temperatura e dalla velocità di deformazione. In particolare, per temperature inferiori a una certa temperatura critica (temperatura di vetrificazione, T_v) hanno un comportamento simile a un solido elastico: una tensione produce una deformazione elastica istantanea, che rimane costante per l’intero periodo di tempo in cui agisce la sollecitazione; con la rimozione del carico applicato, la deformazione viene totalmente e istantaneamente recuperata. Nel campo di temperature in cui il materiale ha un comportamento simile a quello del vetro, la relazione fra tensioni e deformazioni è di tipo lineare (➔ elasticità). Il comportamento vetroso può pertanto essere assimilato a una molla con rigidità equivalente al modulo di elasticità del polimero. La fig. A riporta il diagramma qualitativo della deformazione ε in funzione del tempo t e il modello reologico (➔ reologia) del materiale nelle condizioni suddette. In un campo di temperature prossimo o superiore alla temperatura di fusione, T_f, il materiale plastico ha un comportamento di tipo viscoso, oppure liquido; la deformazione non è istantanea, ma cresce gradualmente nel tempo con una pendenza del tratto rettilineo inclinato che dipende dal coefficiente di viscosità η (➔ viscosità). Il modello reologico di un materiale viscoso è costituito da uno smorzatore (fig. B). In un campo di temperature compreso fra T_v e T_f, il materiale si comporta in modo simile a un solido gommoso, ovvero mostra entrambi i comportamenti descritti; tale condizione è detta di viscoelasticità. Il modello reologico di un materiale viscoelastico è costituito dalla somma di una molla e di uno smorzatore; se i due elementi sono disposti in serie (fig. C) si ottiene il modello viscoelastico di Maxwell, se invece sono disposti in parallelo (fig. D) si ottiene il modello viscoelastico di Kelvin (o di Voigt).